DE102007006124A1

DE102007006124A1 - Verfahren und Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines Profilteils für eine Aufprallschutzeinrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102007006124A1
Application number: DE102007006124A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pohl
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profilteils für eine Aufprallschutzeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Halbzeug in einer Fertigungsvorrichtung zu einem sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse erstreckenden und quer zur Längsachse profilierten Profilteil geformt wird und das Profilteil mit Aussparungen oder Unterbrechungen versehen wird, um eine in Richtung der Längsachse variierende Steifigkeit des Profilteils zu erhalten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Halbzeug (1) die Fertigungsvorrichtung entlang einer vorgegebenen Bahn (X) durchläuft und dass beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung (2) das Halbzeug (1) zu dem sich im Wesentlichen entlang der Längsachse (L) erstreckenden Profilteil (3) geformt wird und derart Aussparungen oder Unterbrechungen (31, 331-338) in das Halbzeug (1) eingebracht werden, dass sich die entlang der Längsachse (L) variierende Steifigkeit des Profilteils (3) ergibt. Die Erfindung stellt somit ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines Profilteils für eine Aufprallschutzeinrichtung zur Verfügung, die eine einfache und kostengünstige Herstellung von Profilteilen mit entlang ihrer Längsachse variierender Steifigkeit ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profilteils für eine Aufprallschutzeinrichtung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines Profilteils für eine Aufprallschutzeinrichtung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
Bei einem derartigen Verfahren zur Herstellung eines Profilteils für eine Aufprallschutzeinrichtung eines Kraftfahrzeugs wird ein Halbzeug in einer Fertigungsvorrichtung zu einem sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse erstreckenden und quer zur Längsachse profilierten Profilteil geformt. Das Profilteil wird hierbei mit Aussparungen oder Unterbrechungen versehen, um eine in Richtung der Längsachse variierende Steifigkeit des Profilteils zu erhalten. Unter einem Halbzeug wird dabei ein Material verstanden, aus dem das Profilteil erst noch durch formgebende Prozesse, wie z. B. Tiefziehen oder Prägen, erzeugt werden muss, das also noch nicht die Kontur des fertigen Profilteiles aufweist. Als Halbzeuge kommen insbesondere Endlosmaterialien in Form flacher Bleche oder aufgewickelter Bleche in Frage, die zur Herstellung des jeweiligen Profilteiles beschnitten und durch Umformen bearbeitet werden.
Ein derartiges Profilteil wird in einer Aufprallschutzeinrichtung eingesetzt und dient zur seitlichen Verstärkung beispielsweise einer Kraftfahrzeugtür und zur Absorption von Aufprallenergie in einem Crash-Fall. Das Profilteil weist Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit auf, um im Crash-Fall eine einer vorgegebenen Verformung möglichst ähnliche Verformung des Profilteils zu erhalten.
Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mit Aufprallschutzeinrichtungen zu versehen, die in einem Crash-Fall Aufprallenergie aufnehmen und gezielt in Deformationsenergie umwandeln, um die Fahrzeuginsassen vor negativen Folgen eines Unfalles zu schützen. Seitenaufprallschutzeinrichtungen sind beispielsweise in Form länglicher, sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckender Querträger in den Türen eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, um bei einem Seiten-Crash gezielt Aufprallenergien aufzunehmen.
Die Auslegung eines Seitenaufprallträgers muss derart erfolgen, dass die Energieaufnahme bei vorgegebener Verformung einerseits nicht zu gering ist, um den Insassen in einem Crash-Fall vor dem zu starken Eindringen von Teilen der Fahrzeugkarosserie in den Fahrzeuginnenraum zu schützen, und andererseits nicht zu groß ist, um eine zu hohe Beschleunigung der Insassen aufgrund einer zu großen Steifigkeit der Karosserie zu vermeiden. Bei einem längserstreckten Seitenaufprallträger, der an seinen äußeren Enden jeweils mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, muss beispielsweise sichergestellt werden, dass eine crash-typische Energieaufnahme zu einer definierten Verformung des Seitenaufprallträgers im mittleren Bereich erfolgt, die nicht zu groß (Schutz der Insassen vor dem Eindringen von Teilen der Fahrzeugkarosserie) und nicht zu klein sein darf (Schutz der Insassen vor zu hoher Beschleunigung). Dabei besteht insbesondere das Problem, dass der mittlere Bereich des Seitenaufprallträgers bei starker Belastung in einem Crash-Fall zu unerwünschtem lokalen Ausbeulen neigt. Zur Optimierung der Energieaufnahme in einem Crash-Fall ist es daher häufig erforderlich, die Steifigkeit des Seitenaufprallträgers in Form des Profilteils entlang dessen Längsachse so zu variieren, dass der Seitenaufprallträger in seinem mittleren Bereich eine größere Steifigkeit aufweist als in seinen Endbereichen. Hierdurch lassen sich gewichtsoptimiert Profilteile herstellen, die zur Aufnahme von Aufprallenergie besonders geeignet sind.
Entsprechende Anforderungen bestehen bei der Herstellung anderer Aufprallschutzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen, wie z. B. Stoßfängern oder sonstigen Profilteilen zur Verstärkung bestimmter Karosseriebereiche.
Aus der DE 92 15 425 und der EP 0 425 059 A1 bekannte Seitenaufprallträger sind als Profilteile mit entlang ihrer Längsachse variierendem Profilquerschnitt ausgebildet. Um die Steifigkeit insbesondere im Endbereich eines Profilteils anzupassen, können zusätzlich oder alternativ Aussparungen in das Profilteil eingebracht werden. Die Herstellung solcher Profilteile mit sich entlang ihrer Längsachse ändernder Steifigkeit führt jedoch zu erhöhten Herstellungskosten. Insbesondere werden, um Profilteile mit entlang der Längsachse gezielt angepasster Steifigkeit zu schaffen, die Profilteile herkömmlicherweise als Prägeteile in Einzelstückfertigung hergestellt, was zeitaufwendig und kostenintensiv ist.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines Profilteils für eine Aufprallschutzeinrichtung zu schaffen, die eine einfache und kostengünstige Herstellung von Profilteilen mit entlang ihrer Längsachse variierender Steifigkeit ermöglichen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass das Halbzeug die Fertigungsvorrichtung entlang einer vorgegebenen Bahn durchläuft und dass beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung das Halbzeug zu dem sich im Wesentlichen entlang der Längsachse erstreckenden Profilteil geformt wird und derart Aussparungen oder Unterbrechungen in das Halbzeug eingebracht werden, dass sich die entlang der Längsachse variierende Steifigkeit des Profilteils ergibt.
Die vorgegeben Bahn erstreckt sich hierbei vorteilhafterweise in eine Fertigungsrichtung, entlang derer das Halbzeug zur Formung und Bearbeitung durch die Fertigungsvorrichtung geführt wird.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, das Halbzeug im Durchlaufverfahren zu dem Profilteil zu formen und im Durchlaufverfahren gleichzeitig gezielt Aussparungen oder Unterbrechungen in das Halbzeug einzubringen, um so die Steifigkeit des Profilteils in Richtung der Längsachse des Profilteils in gewünschter Weise anzupassen. Auf diese Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, anstelle einer aufwendigen Einzelstückfertigung Profilteile im Durchlaufverfahren aus einem Halbzeug, beispielsweise aus einem Endlosblechband, auf kostengünstige und einfache Weise herzustellen. Da die Aussparungen oder Unterbrechungen bereits im Durchlaufverfahren eingebracht werden, sind keine zusätzlichen Prozessschritte nach Beendigung des Durchlaufverfahrens zur weiteren Verarbeitung und Anpassung des Profilteils erforderlich.
Unter Aussparungen einerseits werden hierbei Öffnungen in der flächigen Struktur des Halbzeugs verstanden, die flächenbehaftet sind, also eine Ausdehnung in zwei Flächenkoordinaten aufweisen, beispielsweise in Form von ovalen oder kreisrunden Aussparungen im Halbzeug. Unter Unterbrechungen andererseits werden Öffnungen verstanden, die keine oder nur eine unwesentliche Fläche aufweisen, indem sie zumindest in eine Flächenkoordinate keine oder nur eine unwesentliche Ausdehnung haben, beispielsweise in Form schlitzartiger Öffnungen im Halbzeug, die lediglich die flächige Struktur des Halbzeugs unterbrechen.
Mittels der Einbringung der Aussparungen oder Unterbrechungen im Durchlaufverfahren werden Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit des Profilteils geschaffen. Unter der Steifigkeit wird hierbei die Festigkeit der einzelnen Bereiche im Hinblick auf Verformungen unter der Wirkung von Aufprallenergie beispielsweise bei einem Crash verstanden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere die Herstellung von Profilteilen als Blechteile aus Metall, insbesondere aus einem Eisenwerkstoff (z. B. Stahl) oder einem Werkstoff auf Aluminium-Basis.
Mittels der in das Halbzeug eingebrachten Aussparungen oder Unterbrechungen wird die Steifigkeit des Profilteils entlang seiner Längsachse gezielt derart angepasst, dass bei einem typischen Unfallhergang bei der Einleitung von Crash-Energie sich das Profilteil in gewünschter Weise verformt. Mittels der Aussparungen oder Unterbrechungen werden Bereiche erhöhter Steifigkeit und Bereiche mit geringerer Steifigkeit geschaffen, wobei Bereiche mit erhöhter Steifigkeit insbesondere in solchen Bereichen des Profilteils vorgesehen sind, in denen im Crash-Fall die größte Kraft- oder Drehmomentbelastung auftritt und die demzufolge die größte Tendenz zu einer Verformung haben.
Um die Steifigkeit des geschaffenen Profilteils in gewünschter Weise anzupassen, werden die in das Halbzeug eingebrachten Aussparungen oder Unterbrechungen bevorzugt im Durchlaufverfahren entlang der Längsachse des Profilteils versetzt angeordnet, wobei die Einbringung der Aussparungen oder Unterbrechungen im Durchlaufverfahren in sequentieller Weise erfolgt. Indem der Abstand zwischen den einzelnen Aussparungen oder Unterbrechungen die Größe der Aussparungen oder Unterbrechungen und/oder die Formgebung der Aussparungen oder Unterbrechungen entlang der Längsachse des Profilteils variierend gewählt wird, werden Bereiche erhöhter oder verringerter Steifigkeit entlang des Profilteils geschaffen, so dass sich eine in Richtung der Längsachse variierende Steifigkeit des Profilteils ergibt. Denkbar ist hierbei, Aussparungen oder Unterbrechungen derart gezielt in den beidseitigen Endbereichen des Profilteils vorzusehen, dass sich gerade in den Endbereichen, mit denen das Profilteil an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, eine geringere Steifigkeit ergibt, während in dem mittleren Bereich des Profilteils die Steifigkeit dadurch, dass nur kleine oder gar keine Aussparungen oder Unterbrechungen vorgesehen werden, die Steifigkeit erhöht wird. Auf diese Weise wird der mittlere Bereich des Profilteils, in dem im Crash-Fall üblicherweise die größte Kraft- und Drehmomentbelastung auftritt, gezielt relativ zu den Endbereichen gestärkt, so dass sich die gewünschte Steifigkeitsverteilung entlang der Längsachse des Profilteils ergibt. Gleichzeitig kann vorgesehen sein, dass Aussparungen oder Unterbrechungen in den Endbereichen des Profilteils derart angeordnet werden, dass Befestigungsstellen zur Befestigung des Profilteils an einer Fahrzeugkarosserie geschaffen werden.
Bevorzugt wird das beispielsweise aus einem Endlosblechband bestehende Halbzeug im Durchlaufverfahren, nachdem eine vorbestimmte Länge des Halbzeugs die Fertigungsvorrichtung durchlaufen hat, abgeschnitten, so dass sich ein Profilteil der vorbestimmten Länge ergibt. Das Halbzeug durchläuft somit die Fertigungsvorrichtung, wird in der Fertigungsvorrichtung zu dem Profilteil geformt und mit Aussparungen oder Unterbrechungen zur Anpassung der Steifigkeit versehen und anschließend in gewünschter Länge zu dem fertigen Profilteil abgeschnitten.
Die erfindungsgemäß im Durchlaufverfahren in das Halbzeug eingebrachten Aussparungen oder Unterbrechungen dienen der Anpassung der Steifigkeit entlang der Längsachse des geschaffenen Profilteils. Um die Steifigkeit des Profilteils gezielt anzupassen, können Aussparungen oder Unterbrechungen verwandt werden, die in ihrer Größe, Formgebung und Anordnung variieren. Beispielsweise können beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung Unterbrechungen von in Form sich im Wesentlichen der Längsachse des Profilteils erstreckenden Schlitzen in das Halbzeug eingebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können auch Aussparungen in Form sich von sowohl in Richtung der Längsachse als auch quer zur Längsachse flächenhaft ausdehnenden Ausschnitten in das Halbzeug eingebracht werden. Die Ausschnitte können in ihrer flächenhaften Ausdehnung entlang der Längsachse, um die Steifigkeit gezielt anzupassen, variieren und in ihrer Formgebung angepasst sein.
Bevorzugt werden die Aussparungen oder Unterbrechungen in Form von Schlitzen oder Ausschnitten mittels einer Schneidvorrichtung zum Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden in das Halbzeug eingebracht. Die Schneidvorrichtung ist Teil der Fertigungsvorrichtung, wirkt beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung auf das Halbzeug ein und schneidet die Schlitze oder Aussparungen oder Unterbrechungen in das Halbzeug. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, mehrere Schneidvorrichtungen zu verwenden, die in Fertigungsrichtung hintereinander angeordnet sind und auf das Halbzeug einwirken. Denkbar ist auch, die Schneidvorrichtungen nebeneinander, also quer zur Fertigungsrichtung versetzt zueinander anzuordnen, um auf diese Weise nebeneinander angeordnete, also quer zur Längsachse des Profilteils versetze Aussparungen oder Unterbrechungen im Profilteil vorzusehen. Vorteil einer derartigen Maßnahme ist, dass die Steifigkeit des Profilteils nicht nur entlang der Längsachse variierend ausgebildet werden kann, sondern die Steifigkeit bzw. Festigkeit des Profilteils auch quer zur Längsachse veränderlich sein kann. Auf diese Weise kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass – quer zur Längsachse des Profilteils betrachtet – beim Einwirken von Aufprallenergie unterschiedliche Druck- bzw. Zugbelastungen auftreten können, wobei bei der Anordnung der Aussparungen oder Unterbrechungen vorzugsweise derart vorgegangen wird, dass diejenigen Bereiche, die vor allem Druckbelastungen ausgesetzt sind und daher tendenziell gestaucht werden, eine geringere Steifigkeit aufweisen als diejenigen Bereiche, die überwiegend einer Zugbelastung ausgesetzt sind und dementsprechend eher gedehnt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die einer Druckbelastung ausgesetzten Bereiche durch das gezielte Einbringen von Aussparungen oder Unterbrechungen entfestigt und die einer Zugbelastung ausgesetzten Bereiche, dadurch, dass gerade keine Aussparungen oder Unterbrechungen vorgesehen werden, relativ gehärtet werden.
Bei dem Durchlaufverfahren zur Herstellung des Profilteils kann vorgesehen sein, die Aussparungen oder Unterbrechungen vor oder nach der profilierenden Formung des Halbzeugs in das Halbzeug einzubringen. Denkbar ist hierbei, beispielsweise eine Schneidvorrichtung in Fertigungsrichtung vor einer Rollprofilierungsvorrichtung zur profilierenden Formung des Halbzeugs anzuordnen, so dass die Aussparungen oder Unterbrechungen erst in das Halbzeug eingebracht und erst anschließend das Halbzeug zum Profilteil geformt wird. Andererseits ist ebenso denkbar, die Schneidvorrichtung in Fertigungsrichtung hinter der Rollprofilierungsvorrichtung anzuordnen, so dass das Profiteil zunächst geformt und erst anschließend die Aussparungen oder Unterbrechungen in das Profilteil eingebracht werden. Grundlegend ist auch denkbar, bereits vorgefertigtes, mit Aussparungen oder Unterbrechungen versehenes Halbzeug in der Fertigungsvorrichtung zu verarbeiten und zu entsprechenden Profilteilen zu verarbeiten.
Zur Herstellung des Profilteils aus dem Halbzeug durchläuft das Halbzeug die Fertigungsvorrichtung und wird, beispielsweise durch Rollprofilieren, zum Profilteil geformt. Beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung werden bevorzugt zwei Abschnitte des Halbzeugs quer zur Fertigungsrichtung aufeinander zu gebogen und mittels einer Schweißvorrichtung durch Aufbringung einer sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Schweißverbindung miteinander derart verbunden, dass sich ein Profilteil nach Art eines sich entlang der Längsachse erstreckenden Hohlkörpers mit im Querschnitt quer zur Längsachse in Umfangsrichtung geschlossenem Profil ergibt. Denkbar ist, in das so hergestellte, einen Hohlkörper ausbildende Profilteil die Aussparungen oder Unterbrechungen beispielsweise mittels einer geeigneten Schneidvorrichtung einzubringen. Andererseits kann die Schweißverbindung zur Herstellung des geschlossenen Profils auch in Richtung der Längsachse abschnittsweise unterbrochen ausgebildet werden, so dass sich in den unterbrochenen Bereichen der Schweißverbindungen gerade kein im Querschnitt geschlossenes Profil ergibt, sondern Unterbrechungen in Form von sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Schlitzen gebildet werden. Mittels der unterbrochenen Schweißverbindung wird das Profilteil somit nicht auf seiner gesamten Länge, sondern nur abschnittsweise mit einer Schweißnaht versehen, so dass sich in den nicht geschlossenen Bereichen Öffnungen und somit Bereiche geringerer Festigkeit ergeben. Auf diese Weise werden Unterbrechungen in dem Profilteil geschaffen, ohne dass gesonderte Schneidvorrichtungen vorgesehen sein müssen. Die unterbrochene Schweißverbindung kann auf einfache Weise dadurch hergestellt werden, dass die auf das Halbzeug einwirkende Schweißvorrichtung beim Durchlaufen des Halbzeugs durch die Fertigungsvorrichtung phasenweise ein- und ausgeschaltet wird und auf diese Weise abschnittsweise Schweißnähte auf dem Halbzeug angeordnet werden.
Bevorzugt ist das Halbzeug durch ein Endlosmaterial ausgebildet, das die Fertigungsvorrichtung durchläuft und zur Herstellung des Profilteiles beschnitten und durch Umformen bearbeitet wird. Das als Endlosmaterial ausgebildete Halbzeug kann hierbei ein wickelbares Blech darstellen, das zur Verarbeitung von einer Spule abgewickelt und durch die Fertigungsvorrichtung geführt wird, um in der Fertigungsvorrichtung beschnitten und gebogen zu werden.
Das Problem wird weiterhin durch eine Fertigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass die Fertigungsvorrichtung ausgebildet ist, das Halbzeug entlang einer vorgegebenen Bahn durch die Fertigungsvorrichtung zu führen, und Mittel aufweist, beim Durchlaufen des Halbzeuges durch die Fertigungsvorrichtung Aussparungen oder Unterbrechungen in das Halbzeug einzubringen, so dass sich die entlang der Längsachse variierende Steifigkeit des Profilteils ergibt.
Bevorzugt weist die Fertigungsvorrichtung zur Einbringung der Aussparungen oder Unterbrechungen in das Halbzeug hierbei eine auf das Halbzeug einwirkende Schneidvorrichtung zum Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden auf.
Die Fertigungsvorrichtung kann weiterhin eine Härtvorrichtung zum Härten des Halbzeuges aufweisen, wobei die Schneidvorrichtung in Fertigungsrichtung vor und/oder hinter der Härtvorrichtung angeordnet sein kann. Mittels einer derartigen Härtvorrichtung, beispielsweise zur Wärmebehandlung mittels Widerstands- oder Induktionserwärmung und anschließender Abkühlung, wird das Profilteil gehärtet, wobei mittels des Härtens, wie beispielsweise aus der DE 103 29 981 A1 bekannt, auch die Steifigkeit des Profilteils entlang seiner Längsachse variierend angepasst werden kann.
Darüber hinaus weist die Fertigungsvorrichtung vorteilhafterweise eine Schweißvorrichtung zur Aufbringung einer Schweißverbindung auf, wobei die Schweißverbindung zwei Abschnitte des Halbzeugs derart miteinander verbindet, dass sich ein Profilteil nach Art eines sich entlang der Längsachse erstreckenden Hohlkörpers mit im Querschnitt quer zur Längsachse in Umfangsrichtung geschlossenem Profil ergibt. Durch gezieltes Unterbrechen der Schweißverbindung durch Ein- und Ausschalten der Schweißvorrichtung im Durchlaufverfahren kann das Profilteil abschnittsweise geschlossen oder nicht geschlossen werden, so dass sich in den nicht geschlossenen Bereichen schlitzartige Unterbrechungen ergeben, in denen die Festigkeit des Profilteils herabgesetzt ist.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines Profilteils aus einem Halbzeug;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines Profilteils aus einem Halbzeug;
3 eine graphische Darstellung des Schweißstroms einer Schweißvorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit;
4a eine schematische Draufsicht auf ein fertiges Profilteil;
4b eine Querschnittansicht des Profilteils gemäß 4a entlang der Linie A-A;
4c eine Querschnittansicht des Profilteils gemäß 4a entlang der Linie B-B;
5a eine Querschnittansicht des Profilteils gemäß 4a entlang der Linie A-A nach Krafteinwirkung infolge eines Crashes;
5b eine Querschnittansicht des Profilteils gemäß 4a entlang der Linie B-B nach Krafteinwirkung infolge eines Crashes;
6a eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines hergestellten Profilteils;
6b eine schematische Draufsicht des Profilteils gemäß 6a nach Krafteinwirkung in Folge eines Crashes;
7 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines hergestellten Profilteils;
8a eine schematische Ansicht der Herstellung eines Profilteils mit entlang seiner Längsachse variierender Querschnittsform;
8a Querschnittansicht des Profilteils gemäß 8a entlang der Linie C-C und
8c Querschnittansicht des Profilteils gemäß 8a entlang der Linie D-D.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Fertigungsvorrichtung 2 zur Herstellung eines Profilteils 3 aus einem Halbzeug in Form eines Blechbandes 1. Die Fertigungsvorrichtung 2 weist eine Rollprofilierungsvorrichtung 21, eine Schweißvorrichtung 22, eine Vorrichtung 23 zur Induktionserwärmung und eine Abkühlvorrichtung 24 zur Abkühlung des Blechbandes 1 auf. Die Vorrichtung 23 zur Induktionserwärmung und die Abkühlvorrichtung 24 bilden zusammen eine Härtvorrichtung aus, mittels derer das geformte Blechband 1 zunächst erwärmt und durch eine spontane Abkühlung gehärtet wird. Ein Verfahren zur derartigen Härtung des Blechbandes 1 ist beispielsweise aus der DE 103 29 981 A1 bekannt.
Die Fertigungsvorrichtung 2 dient zur Herstellung des Profilteils 3 aus dem Blechband 1. Das Blechband 1 durchläuft hierzu die Fertigungsvorrichtung 2 im Durchlaufverfahren, wird zunächst durch die Rollprofilierungsvorrichtung 21 in seinem Querschnitt geformt, anschließend durch die Schweißvorrichtung 22 abschnittsweise durch Aufbringung einer Schweißverbindung zu einem Hohlkörper geschlossen und durch die Härtvorrichtung 23, 24 gehärtet. Die Fertigungsvorrichtung weist weiterhin eine Ablängvorrichtung 25 mit einer Schneide 251 und einem Sockel 252 auf, die das Blechband 1, nachdem eine bestimmte Länge des Blechbandes 1 die Fertigungsvorrichtung 2 durchlaufen hat, abtrennt, so dass das Profilteil 3 mit der bestimmten Länge a (siehe 4a) entsteht. Die Schneide 251 ist zu diesem Zweck nach Art eines Stempels ausgebildet, der sich in Schneiderichtung S senkt und das Profilteil 3 auf diese Weise abschneidet.
Im Durchlaufverfahren wird das Blechband 1 durch die in Fertigungsrichtung X hintereinander angeordnete Rollprofilierungsvorrichtung 21, die Schweißvorrichtung 22 und die Härtvorrichtung 23, 24 bearbeitet. Mittels der Fertigungsvorrichtung 2 wird aus dem Blechband 1 ein geformtes Profilteil 3 hergestellt, wie es beispielsweise in 4a dargestellt ist.
Das in einer Draufsicht in 4a schematisch dargestellte Profilteil 3, das in Querschnittansichten in 4b und 4c dargestellt ist, erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse L und ist in Querschnitt quer zur Längsachse L zu einem hohlen Profilkörper geformt. Dieses Profilteil 3 ist zum Einsatz in einer Fahrzeugtür eines Kraftfahrzeugs vorgesehen und erstreckt sich dort als Seitenaufprallträger im Wesentlichen entlang der Fahrzeuglängsachse und wird bei einem seitlichen Crash im Wesentlichen senkrecht zu seiner Erstreckungsrichtung (die parallel zur Längsachse L verläuft) verformt. Das Profilteil 3 ist im Bereich seiner äußeren Stirnseiten 34, 35 mit Befestigungsstellen versehen, über die das Profilteil 3 an einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere Türkarosserie, befestigbar ist, während der mittlere Bereich des Profilteils 3, der in einem typischen Crash-Fall die größten Belastungskräfte und -momente erfährt und daher in der Regel die Tendenz zu einer besonders starken Verformung (Ausbeulung) aufweist, durch dessen festere Ausbildung – verglichen mit den äußeren Bereichen des Profilteils 3 – verstärkt werden soll.
Das in 4a bis 4c dargestellte Profilteil 3 ist aus dem Blechband 1 hergestellt worden, indem das Profilteil 3 durch die Rollprofilierungsvorrichtung 21 zu einem im Querschnitt trapezförmigen Hohlkörper geformt worden ist. Mittels der Schweißvorrichtung 22 der Fertigungsvorrichtung 2 ist hierbei beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung 2 im mittleren Bereich M des Profilteils 3, wie in 4a dargestellt, eine Schweißnaht aufgebracht worden, so dass das Profilteil 3 in seinem mittleren Bereich M einen geschlossenen, trapezförmigen Querschnitt, wie in 4c dargestellt, aufweist. In den äußeren Endbereichen E des Profilteils 3, mit deren Enden 34, 35 das Profilteil 3 beispielsweise an einer Fahrzeugtür montiert wird, ist die Schweißnaht 32 jedoch unterbrochen, so dass sich in den Endbereichen E Unterbrechungen in Form von Schlitzen 31 ergeben, die die Steifigkeit des Profilteils 3 in den Endbereichen E herabsetzen. Wie aus 4b ersichtlich ist, ergibt sich somit in den Endbereichen E ein durch den Schlitz 31 unterbrochener Querschnitt des Profilteils 3.
Die Wirkung der gezielt angepassten, variierenden Steifigkeit des Profilteils entlang seiner Längsachse L ist in den Querschnittsansichten in 5a und 5b dargestellt. Bei einer Krafteinwirkung auf das Profilteil 3 in eine Querrichtung zur Längsachse L des Profilteils 3, beispielsweise in Folge eines Seitencrashes eines Fahrzeugs und einem daraus resultierenden Aufprall auf die das Profilteil 3 aufweisende Fahrzeugtür, verformt sich das Profilteil 3. In dem mittleren Bereich M weist das Profilteil 3 hierbei eine größere Steifigkeit auf, bedingt durch den durch die Schweißnaht 32 geschlossenen Querschnitt des Profilteils 3 (siehe 4c), und kann sich daher im mittleren Bereich M nur in gewissem Maße verformen und behält seine grundlegende Form bei. In den äußeren Endbereichen E, in denen das Profilteil 3 im Querschnitt durch die Schlitze 31 geöffnet ist, ist die Steifigkeit des Profilteils 3 hingegen herabgesetzt, so dass sich, wie in 5a dargestellt, das Profilteil 3 im Querschnitt stark verformen kann und somit im Crash-Fall vergleichsweise viel Aufprallenergie absorbiert.
Eine andere Ausbildung des Profilteils 3 ist in 6a dargestellt. Das Profilteil 3 ist mit einer abschnittsweise unterbrochenen Schweißnaht 32 versehen, die das Profilteil 3 im Querschnitt zu einem abschnittsweise geschlossenen Hohlkörper verbindet. In den unterbrochenen Bereichen ergeben sich jedoch Unterbrechungen ausbildende Schlitze 31, in denen die Steifigkeit des Profilteils 3 lokal herabgesetzt und mittels derer die Steifigkeit des Profilteils 3 entlang einer Längsachse L angepasst ist, wobei die lokale Steifigkeit und die Verformungseigenschaften des Profilteils 3 insgesamt durch die Länge der einzelnen Schlitze 31 und den Abstand zwischen den einzelnen Schlitzen 31 bestimmt ist. Durch ein gezieltes, optimiertes Einbringen der Schlitze 31 bzw. der Schweißnaht 32 kann die Steifigkeit des Profilteils 3 entlang seiner Längsachse L auf vorgegebene Weise derart angepasst werden, dass sich bei einem typischen Aufprall eine vorbestimmte Verformung des Profilteils 3 ergibt. Die Steifigkeit ist hierbei derart angepasst, dass die Verformung im mittleren Bereich des Profilteils 3 nicht zu groß ist (die Festigkeit im mittleren Bereich des Profilteils 3 somit erhöht ist), die Verformung des Profilteils 3 insgesamt aber auch nicht zu klein ist, damit ausreichend Energie des Seitenaufpralls absorbiert werden kann.
In 3 ist schematisch der an die Schweißvorrichtung 22 angelegte Schweißstrom I dargestellt, der zeitabhängig beim Durchlaufen des Blechbandes 1 durch die Fertigungsvorrichtung 2 eingeschaltet bzw. ausgeschaltet wird, so dass die Schweißnaht 32 abschnittsweise aufgebracht wird, in den dazwischen liegenden Abschnitten aber gerade keine Verbindung hergestellt wird.
Wie in 6b dargestellt, ist das Profilteil 3 im Bereich der Schlitze 31 lokal verformbar, so dass sich in diesen Bereichen eine erhöhte Energieabsorption und Verformbarkeit des Profilteils 3 ergibt. Derartige, in ihrer Festigkeit reduzierte Bereiche sind, wie in 6a und 6b dargestellt, bevorzugt in den Endbereichen des Profilteils 3 angeordnet, um in diesen Bereichen eine erhöhte Energieabsorption zu ermöglichen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Fertigungsvorrichtung 2, die im Vergleich zu der Fertigungsvorrichtung gemäß 1 zusätzlich zwei Schneidvorrichtungen 41, 42 aufweist, mittels derer Aussparungen in Form von Ausschnitten in das Profilteil 3 eingebracht werden können. Die Schneidvorrichtungen 41, 42 wirken im Durchlaufverfahren auf das das Halbzeug ausbildende Blechband 1 ein und schneiden Ausschnitte in vorgegebener Größe, Form und Anordnung in das Blechband 1 ein. Die Schneidvorrichtungen 41, 42 können hierbei quer zur Fertigungsrichtung X, entsprechend der Längsachse L des späteren Profilteils 3, versetzt angeordnet sein, um auf diese Weise in Querrichtung versetzte Aussparungen in das Blechband 1 einbringen zu können.
Ein mit Aussparungen in Form von kreisrunden Ausschnitten 331–338 versehenes Profilteil 3 ist in 7 dargestellt. Die Ausschnitte 331–338 variieren hierbei in ihrer Größe und ihrem Abstand zueinander derart, dass die Ausschnitte 331, 338 in unmittelbarer Nähe der Stirnseiten 34, 35 des Profilteils 3 groß im Vergleich zu den hin zum mittleren Bereich des Profilteils 3 angeordneten Ausschnitten 332–337 ausgebildet sind. Auf diese Weise wird die Steifigkeit des Profilteils 3 zu seinen Enden hin gezielt herabgesetzt, so dass sich eine Steifigkeit des Profilteils 3 ergibt, die vom Ende 34 hin zum mittleren Bereich ansteigt und zum Ende 35 hin wieder abfällt.
In 8a ist ein alternatives Verfahren zur Anpassung der Steifigkeit entlang der Längsachse L des Profilteils 3 dargestellt. Bei diesem Verfahren wird der Querschnitt des Profilteils 3 quer zu seiner Längsachse L durch Rollprofilieren derart angepasst, dass das Profilteil 3 in seinem mittleren Bereich, im Bereich der Linie C-C, wie in 8b dargestellt, ein größeres Flächenträgheitsmoment aufweist und einer vergleichsweise großen, entsprechend der Kraft F (siehe 8b) gerichteten Kraft widerstehen kann kann. in den Endbereichen des Profilteils, im Bereich der Linie D-D, wie in der Querschnittsansicht gemäß 8c dargestellt, weist das Profilteil hingegen in Richtung der Kraft F, wie in 8c dargestellt, ein geringeres Flächenträgheitsmoment auf, so dass die Steifigkeit in diesen Endbereichen des Profilteils 3 für in diese Richtung wirkenden Aufprallkräften herabgesetzt ist.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Erfindung ist insbesondere nicht auf Profilteile für Seitenaufprallträger in Kraftfahrzeugtüren beschränkt, sondern lässt sich ohne weiteres auch zur Herstellung anderer Aufprallschutzeinrichtungen oder Stabilisierungsvorrichtungen in Kraftfahrzeugen, wie z. B. für Stoßfänger oder sonstige Profilteile zur Verstärkung bestimmter Karosseriebereiche, einsetzen.

1: Halbzeug
2: Fertigungsvorrichtung
21: Profilierungsvorrichtung
22: Schweißvorrichtung
23: Härtvorrichtung
24: Abkühlvorrichtung
25: Ablängvorrichtung
251: Schneide
252: Sockel
3: Profilteil
31: Schlitz
311, 312: Kante
32: Schweißnaht
331–338: Ausschnitt
34, 35: Stirnseite
41, 42: Schneidvorrichtung
a: Länge
E: Endbereich
F: Kraft
I, I₀: Schweißstrom
L: Längsachse
M: Mittenbereich
S: Schneiderichtung
V: Verstellrichtung
t: Zeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 9215425 [0007]
- EP 0425059 A1 [0007]
- DE 10329981 A1 [0026, 0043]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Profilteils für eine Aufprallschutzeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei dem – ein Halbzeug in einer Fertigungsvorrichtung zu einem sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse erstreckenden und quer zur Längsachse profilierten Profilteil geformt wird und – das Profilteil mit Aussparungen oder Unterbrechungen versehen wird, um eine in Richtung der Längsachse variierende Steifigkeit des Profilteils zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1) die Fertigungsvorrichtung (2) entlang einer vorgegebenen Bahn (X) durchläuft und dass beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung (2) das Halbzeug (1) zu dem sich im Wesentlichen entlang der Längsachse (L) erstreckenden Profilteil (3) geformt wird und derart Aussparungen oder Unterbrechungen (31, 331–338) in das Halbzeug (1) eingebracht werden, dass sich die entlang der Längsachse (L) variierende Steifigkeit des Profilteils (3) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Bahn sich entlang einer Fertigungsrichtung (X) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen oder Unterbrechungen (31, 331–338) entlang der Längsachse (L) des Profilteils (3) versetzt angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den einzelnen Aussparungen oder Unterbrechungen (31, 331–338), die Größe und/oder die Formgebung der Aussparungen oder Unterbrechungen (31, 331–338) entlang der Längsachse (L) des Profilteils (3) variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1), nachdem eine vorbestimmte Länge (a) des Halbzeugs (1) die Fertigungsvorrichtung durchlaufen hat, abgeschnitten wird, so dass sich ein Profilteil (3) der vorbestimmten Länge (a) ergibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung (2) Aussparungen oder Unterbrechungen in Form von sich im Wesentlichen in Richtung der Längsachse (L) erstreckenden Schlitzen (31) in das Halbzeug (3) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung (2) Aussparungen oder Unterbrechungen in Form von sowohl in Richtung der Längsachse (L) als auch quer zur Längsachse (L) eine Ausdehnung aufweisenden Ausschnitten (331–338) in das Halbzeug (1) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschnitte (331–338) in ihrer flächenhaften Ausdehnung entlang der Längsachse (L) variieren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen oder Unterbrechungen (31, 331–338) mittels einer Schneidvorrichtung (41, 42) zum Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden in das Halbzeug (1) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen oder Unterbrechungen (31, 331–338) vor oder nach der profilierenden Formung des Halbzeugs (1) in das Halbzeug (1) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung (2) mindestens zwei Abschnitte (311, 312) des Halbzeugs (1) aufeinander zu gebogen und mittels einer Schweißvorrichtung (22) durch Aufbringung einer sich in Richtung der Längsachse (L) erstreckenden Schweißverbindung (32) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung (2) die Abschnitte (311, 312) des Halbzeugs (1) mittels der Schweißvorrichtung (22) derart miteinander verbunden werden, dass sich ein Profilteil (3) nach Art eines sich entlang der Längsachse (L) erstreckenden Hohlkörpers mit im Querschnitt quer zur Längsachse (L) in Umfangsrichtung geschlossenem Profil ergibt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung (32) in Richtung der Längsachse (L) unterbrochen ist, so dass sich in den unterbrochenen Bereichen der Schweißverbindung (32) Unterbrechungen in Form von sich in Richtung der Längsachse (L) erstreckenden Schlitzen (31) im Profilteil (3) ergeben.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1) durch ein Endlosmaterial ausgebildet ist, das die Fertigungsvorrichtung (2) durchläuft und zur Herstellung des Profilteiles (3) beschnitten und durch Umformen bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das als Endlosmaterial ausgebildete Halbzeug (1) ein wickelbares Blech darstellt.
Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines Profilteils für eine Aufprallschutzeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit – Mitteln zur Formung eines länglichen Halbzeugs zu einem sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse erstreckenden und quer zur Längsachse profilierten Profilteil, wobei das Profilteil eine sich in Richtung der Längsachse variierende Steifigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsvorrichtung (1) ausgebildet ist, das Halbzeug (1) entlang einer vorgegebenen Bahn (X) durch die Fertigungsvorrichtung (1) zu führen, und Mittel (22; 41, 42) aufweist, beim Durchlaufen des Halbzeuges (1) durch die Fertigungsvorrichtung (2) Aussparungen oder Unterbrechungen (31, 331–338) in das Halbzeug (1) einzubringen, so dass sich die entlang der Längsachse (L) variierende Steifigkeit des Profilteils (3) ergibt.
Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsvorrichtung (2) zur Einbringung der Aussparungen oder Unterbrechungen (31, 331–338) in das Halbzeug (1) eine auf das Halbzeug (1) einwirkende Schneidvorrichtung (41, 42) zum Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden aufweist.
Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsvorrichtung (2) eine Härtvorrichtung (23) zum Härten des Halbzeuges (1) aufweist, wobei die Schneidvorrichtung (41, 42) in Fertigungsrichtung (X) vor und/oder hinter der Härtvorrichtung (23) angeordnet ist und auf das Halbzeug (1) einwirkt.
Fertigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsvorrichtung (2) eine Schweißvorrichtung (22) zur Aufbringung einer Schweißverbindung (32) aufweist, wobei die Schweißverbindung (32) zwei Abschnitte (311, 312) des Halbzeugs (1) derart miteinander verbindet, dass sich ein Profilteil (3) nach Art eines sich entlang der Längsachse (L) erstreckenden Hohlkörpers mit im Querschnitt quer zur Längsachse (L) in Umfangsrichtung geschlossenem Profil ergibt.